بازوی چرخان معمولاً بین چرخ و بدنه قرار دارد و یک جزء ایمنی مربوط به راننده است که نیرو را منتقل می کند، انتقال لرزش را ضعیف می کند و جهت را کنترل می کند.
بازوی چرخان معمولاً بین چرخ و بدنه قرار دارد و جزء ایمنی مربوط به راننده است که نیرو را منتقل می کند، انتقال ارتعاش را کاهش می دهد و جهت را کنترل می کند. این مقاله به معرفی طراحی ساختاری متداول بازوی چرخشی در بازار می‌پردازد و تأثیر سازه‌های مختلف را بر فرآیند، کیفیت و قیمت مقایسه و تحلیل می‌کند.
سیستم تعلیق شاسی خودرو به طور کلی به سیستم تعلیق جلو و عقب تقسیم می شود. هر دو سیستم تعلیق جلو و عقب دارای بازوهای چرخشی برای اتصال چرخ ها و بدنه هستند. بازوهای چرخشی معمولاً بین چرخ ها و بدنه قرار دارند.
نقش بازوی چرخان راهنما اتصال چرخ و قاب، انتقال نیرو، کاهش انتقال ارتعاش و کنترل جهت است. این یک جزء ایمنی است که راننده را درگیر می کند. در سیستم تعلیق قطعات ساختاری انتقال نیرو وجود دارد، به طوری که چرخ ها نسبت به بدنه مطابق با یک مسیر مشخص حرکت می کنند. قطعات ساختاری بار را منتقل می کنند و کل سیستم تعلیق عملکرد هندلینگ خودرو را تحمل می کند.
توابع متداول و طراحی ساختار بازوی چرخان خودرو
1. برای برآورده کردن الزامات انتقال بار، طراحی ساختار بازوی نوسان و فناوری
اکثر خودروهای مدرن از سیستم های تعلیق مستقل استفاده می کنند. با توجه به فرم های ساختاری مختلف، سیستم های تعلیق مستقل را می توان به نوع جناغی، نوع بازوی عقب، نوع چند پیوندی، نوع شمعی و نوع مک فرسون تقسیم کرد. بازوی متقاطع و بازوی دنباله دار ساختاری دو نیرو برای یک بازو واحد در چند پیوند با دو نقطه اتصال هستند. دو میله دو نیرو بر روی مفصل جهانی در یک زاویه مشخص مونتاژ می شوند و خطوط اتصال نقاط اتصال یک ساختار مثلثی را تشکیل می دهند. بازوی پایینی تعلیق جلو مک فرسون یک بازوی چرخشی معمولی سه نقطه ای با سه نقطه اتصال است. خط اتصال سه نقطه اتصال یک سازه مثلثی پایدار است که می تواند بارها را در جهت های مختلف تحمل کند.
ساختار بازوی چرخشی دو نیرو ساده است و طراحی ساختاری اغلب با توجه به تخصص های مختلف حرفه ای و راحتی پردازش هر شرکت تعیین می شود. به عنوان مثال، سازه ورق فلزی مهر شده (نگاه کنید به شکل 1)، ساختار طراحی یک صفحه فولادی منفرد بدون جوش است، و حفره سازه بیشتر به شکل "I" است. ساختار جوش داده شده ورق فلزی (شکل 2 را ببینید)، ساختار طراحی یک صفحه فولادی جوش داده شده است، و حفره ساختاری بیشتر به شکل "口" است. یا صفحات تقویت کننده محلی برای جوشکاری و تقویت موقعیت خطرناک استفاده می شود. ساختار پردازش دستگاه آهنگری فولاد، حفره ساختاری جامد است و شکل عمدتاً مطابق با الزامات طرح شاسی تنظیم می شود. ساختار پردازش دستگاه آهنگری آلومینیوم (شکل 3 را ببینید)، ساختار حفره جامد است و الزامات شکل مشابه آهنگری فولاد است. ساختار لوله فولادی از نظر ساختار ساده است و حفره ساختاری دایره ای است.
ساختار بازوی نوسان سه نقطه ای پیچیده است و طراحی ساختاری اغلب با توجه به الزامات OEM تعیین می شود. در تحلیل شبیه‌سازی حرکت، بازوی چرخان نمی‌تواند با سایر قسمت‌ها تداخل داشته باشد و اکثر آنها حداقل نیاز فاصله را دارند. به عنوان مثال، ساختار ورق فلزی مهر شده عمدتاً همزمان با ساختار جوش داده شده ورق فلزی استفاده می شود، سوراخ مهار سنسور یا براکت اتصال میله اتصال نوار تثبیت کننده و غیره ساختار طراحی بازوی نوسان را تغییر می دهد. حفره ساختاری هنوز به شکل "دهن" است و حفره بازوی چرخشی ساختار بسته بهتر از ساختار بسته است. ساختار ماشینکاری آهنگری، حفره ساختاری بیشتر به شکل "I" است که دارای ویژگی های سنتی مقاومت در برابر پیچش و خمش است. ساختار ماشین ریخته گری، شکل و حفره ساختاری عمدتاً با توجه به ویژگی های ریخته گری مجهز به دنده های تقویت کننده و سوراخ های کاهش وزن هستند. جوشکاری ورق فلز ساختار ترکیبی با آهنگری، با توجه به فضای چیدمان مورد نیاز شاسی خودرو، مفصل توپ در آهنگری یکپارچه شده است و آهنگری با ورق فلز متصل می شود. ساختار ماشینکاری آلومینیوم با فورج ریخته گری استفاده و بهره وری بهتر از مواد را نسبت به آهنگری فراهم می کند و نسبت به استحکام مواد ریخته گری که کاربرد فناوری جدید است برتری دارد.
2. کاهش انتقال ارتعاش به بدنه و طراحی ساختاری عنصر الاستیک در نقطه اتصال بازوی چرخان
از آنجایی که سطح جاده ای که خودرو در آن رانندگی می کند نمی تواند کاملاً مسطح باشد، نیروی واکنش عمودی سطح جاده که بر روی چرخ ها اثر می گذارد اغلب تأثیرگذار است، به ویژه در هنگام رانندگی با سرعت بالا در سطح جاده بد، این نیروی ضربه نیز باعث ایجاد راننده می شود. برای احساس ناراحتی المان های الاستیک در سیستم تعلیق نصب می شوند و اتصال صلب به اتصال الاستیک تبدیل می شود. پس از ضربه خوردن عنصر الاستیک، لرزش ایجاد می‌کند و ارتعاش مداوم باعث می‌شود راننده احساس ناراحتی کند، بنابراین سیستم تعلیق به عناصر میرایی نیاز دارد تا دامنه ارتعاش را به سرعت کاهش دهد.
نقاط اتصال در طراحی سازه بازوی چرخشی اتصال المان الاستیک و اتصال توپی است. عناصر الاستیک میرایی ارتعاش و تعداد کمی درجه آزادی چرخشی و نوسانی را فراهم می کنند. بوش های لاستیکی اغلب به عنوان اجزای الاستیک در خودروها استفاده می شود و از بوش های هیدرولیک و لولاهای متقاطع نیز استفاده می شود.
شکل 2 بازوی چرخشی جوشکاری ورق فلز
ساختار بوش لاستیکی بیشتر یک لوله فولادی با لاستیک بیرونی یا یک ساختار ساندویچی از لوله فولادی - لوله لاستیکی - فولادی است. لوله فولادی داخلی به مقاومت فشار و قطر نیاز دارد و دندانه های ضد لغزش در هر دو انتها رایج است. لایه لاستیکی فرمول مواد و ساختار طراحی را با توجه به نیازهای مختلف سختی تنظیم می کند.
بیرونی ترین حلقه فولادی اغلب دارای نیاز به زاویه سرب است که برای نصب پرس مناسب است.
بوشینگ هیدرولیک ساختار پیچیده ای دارد و محصولی با فرآیند پیچیده و ارزش افزوده بالا در دسته بوشینگ می باشد. در لاستیک یک حفره وجود دارد و در حفره روغن وجود دارد. طراحی ساختار حفره با توجه به الزامات عملکرد بوشینگ انجام می شود. اگر روغن نشت کند، بوش آسیب دیده است. بوش های هیدرولیک می توانند منحنی سفتی بهتری را ارائه دهند و بر قابلیت رانندگی کلی خودرو تأثیر بگذارند.
لولای متقاطع ساختار پیچیده ای دارد و جزء ترکیبی از لولاهای لاستیکی و توپی است. این می تواند دوام بهتری نسبت به بوش، زاویه چرخش و زاویه چرخش، منحنی سختی ویژه داشته باشد و نیازهای عملکرد کل وسیله نقلیه را برآورده کند. لولاهای متقاطع آسیب دیده هنگام حرکت وسیله نقلیه باعث ایجاد صدا در کابین می شود.
3. با حرکت چرخ، طراحی ساختاری عنصر تاب در نقطه اتصال بازوی چرخان.
سطح ناهموار جاده باعث می شود چرخ ها نسبت به بدنه (قاب) بالا و پایین بپرند و در عین حال چرخ ها حرکت کنند، مانند چرخش، مستقیم رفتن و غیره، که نیاز به خط سیر چرخ ها برای برآوردن الزامات خاصی دارد. بازوی چرخان و مفصل یونیورسال بیشتر توسط یک لولا توپی به هم متصل می شوند.
لولای توپی بازوی چرخشی می تواند زاویه چرخش بیشتر از 18 درجه را فراهم کند و می تواند زاویه چرخش 360 درجه را ارائه دهد. به طور کامل نیازهای خروجی چرخ و فرمان را برآورده می کند. و لولا توپ شرایط گارانتی 2 سال یا 60000 کیلومتر و 3 سال یا 80000 کیلومتر برای کل وسیله نقلیه را برآورده می کند.
با توجه به روش های مختلف اتصال بین بازوی چرخشی و لولا توپ (مفصل توپ)، می توان آن را به اتصال پیچ یا پرچ تقسیم کرد، لولا توپ دارای فلنج است. اتصال تداخل فشاری مناسب، لولا توپ فلنج ندارد. یکپارچه، بازوی چرخشی و لولای توپ همه در یک. برای ساختار فلزی تک ورق و ساختار جوش داده شده چند ورق فلزی، دو نوع اتصال قبلی بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. نوع دوم اتصال مانند آهنگری فولاد، آهنگری آلومینیوم و چدن بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد
لولا توپ باید مقاومت در برابر سایش را در شرایط بار برآورده کند، زیرا زاویه کار بزرگتر از بوش است، نیاز به عمر بالاتر. بنابراین لازم است که لولا توپی به صورت یک ساختار ترکیبی از جمله روانکاری خوب تاب و سیستم روانکاری ضد گرد و غبار و ضد آب طراحی شود.
شکل 3 بازوی چرخشی فورج آلومینیومی
تاثیر طراحی بازوی چرخشی بر کیفیت و قیمت
1. فاکتور کیفیت: سبکتر بهتر
فرکانس طبیعی بدنه (همچنین به عنوان فرکانس ارتعاش آزاد سیستم ارتعاش شناخته می شود) که توسط سفتی تعلیق و جرم پشتیبانی شده توسط فنر تعلیق (جرم فنر) تعیین می شود یکی از شاخص های مهم عملکرد سیستم تعلیق است که بر روی سیستم تعلیق تأثیر می گذارد. راحتی سواری ماشین فرکانس ارتعاش عمودی مورد استفاده بدن انسان، فرکانس بالا و پایین حرکت بدن در حین راه رفتن است که حدود 1-1.6 هرتز است. فرکانس طبیعی بدن باید تا حد امکان به این محدوده فرکانس نزدیک باشد. هنگامی که سفتی سیستم تعلیق ثابت باشد، هر چه جرم فنر کوچکتر باشد، تغییر شکل عمودی تعلیق کمتر و فرکانس طبیعی بالاتر است.
هنگامی که بار عمودی ثابت باشد، هرچه سفتی تعلیق کمتر باشد، فرکانس طبیعی خودرو کمتر می شود و فضای مورد نیاز برای بالا و پایین پریدن چرخ بیشتر می شود.
هنگامی که شرایط جاده و سرعت خودرو یکسان است، هر چه جرم فنر نشده کوچکتر باشد، بار ضربه ای روی سیستم تعلیق کمتر می شود. جرم فنر نشده شامل جرم چرخ، مفصل جهانی و جرم بازوی راهنما و غیره است.
به طور کلی بازوی تابدار آلومینیومی سبک ترین جرم و بازوی چرخشی چدنی بیشترین جرم را دارد. دیگران در این بین هستند.
از آنجایی که جرم مجموعه ای از بازوهای چرخشی در مقایسه با وسیله نقلیه ای با وزن بیش از 1000 کیلوگرم بیشتر از 10 کیلوگرم است، جرم بازوی چرخشی تأثیر کمی بر مصرف سوخت دارد.
2. فاکتور قیمت: بستگی به طرح طراحی دارد
هر چه الزامات بیشتر باشد، هزینه آن نیز بیشتر می شود. با این فرض که استحکام ساختاری و استحکام بازوی چرخشی الزامات را برآورده می‌کند، الزامات تحمل تولید، دشواری فرآیند تولید، نوع مواد و در دسترس بودن، و الزامات خوردگی سطح همگی مستقیماً بر قیمت تأثیر می‌گذارند. به عنوان مثال، عوامل ضد خوردگی: پوشش الکترو گالوانیزه، از طریق غیرفعال کردن سطح و سایر درمان ها، می تواند حدود 144 ساعت را به دست آورد. حفاظت از سطح به پوشش رنگ الکتروفورتیک کاتدی تقسیم می شود که می تواند از طریق تنظیم ضخامت پوشش و روش های تصفیه به مقاومت در برابر خوردگی 240 ساعت دست یابد. پوشش روی-آهن یا روی-نیکل، که می تواند نیازهای تست ضد خوردگی بیش از 500 ساعت را برآورده کند. با افزایش الزامات تست خوردگی، هزینه قطعه نیز افزایش می یابد.
هزینه را می توان با مقایسه طرح های طراحی و ساختار بازوی چرخان کاهش داد.
همانطور که همه ما می دانیم، ترتیبات مختلف نقاط سخت عملکرد رانندگی متفاوتی را ارائه می دهند. به ویژه باید به این نکته اشاره کرد که چیدمان نقطه سخت یکسان و طراحی های مختلف نقطه اتصال می تواند هزینه های متفاوتی را تامین کند.
سه نوع اتصال بین قطعات ساختاری و اتصالات توپ وجود دارد: اتصال از طریق قطعات استاندارد (پیچ، مهره یا پرچ)، اتصال مناسب تداخلی و یکپارچه سازی. در مقایسه با ساختار اتصال استاندارد، ساختار اتصال تداخلی باعث کاهش انواع قطعات مانند پیچ، مهره، پرچ و سایر قطعات می شود. ساختار اتصال یکپارچه یکپارچه نسبت به تداخل، تعداد قطعات پوسته مشترک توپی را کاهش می دهد.
دو شکل اتصال بین عضو سازه و المان الاستیک وجود دارد: المان های الاستیک جلو و عقب به صورت محوری موازی و از نظر محوری عمود هستند. روش های مختلف فرآیندهای مونتاژ متفاوتی را تعیین می کنند. به عنوان مثال، جهت فشار دادن بوش در یک راستا و عمود بر بدنه بازوی چرخشی است. می توان از پرس دو سر تک ایستگاهی برای قرار دادن بوش های جلو و عقب به طور همزمان استفاده کرد که باعث صرفه جویی در نیروی انسانی، تجهیزات و زمان می شود. اگر جهت نصب ناسازگار باشد (عمودی)، می توان از یک پرس دو سر تک ایستگاهی برای فشار دادن و نصب متوالی بوشینگ استفاده کرد که باعث صرفه جویی در نیروی انسانی و تجهیزات می شود. هنگامی که بوش به گونه ای طراحی شده است که از داخل به داخل فشار داده شود، به دو ایستگاه و دو پرس نیاز است که به طور متوالی بوش را پرس کنید.
